專利名稱：一種氧化鋅納米線陣列的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及氧化鋅納米線的制備方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅納米材料是一種典型的直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下的帶隙寬度為 3. 37ev，激子結(jié)合能高達(dá)60mev，具有從藍(lán)光到紫外波段的發(fā)光性能。制作發(fā)光器件可以獲 得更高的光增益，其在發(fā)光二極管，納米激光器等方面有較大的應(yīng)用潛力。目前已有的制備氧化鋅納米線的方法包括物理蒸發(fā)法，激光沉積法，化學(xué)氣象傳 輸法，水熱法等。水熱法作為一種化學(xué)方法在制備氧化鋅納米線的過程中具有低溫，易合成 等優(yōu)勢。氧化鋅納米線陣列密度可以通過改變?nèi)芤旱臐舛葋砜刂?參見Sieng Xu, Changshi Laoet al, J. Mater. Res. ,Vol. 23, No. 8, Aug 2008)。如圖 1 所示，這種方法可以 通過繪制的經(jīng)驗(yàn)曲線來控制氧化鋅納米線的密度，但這種方法主要存在兩個(gè)問題，一是氧 化鋅納米線陣列的生長對溶液濃度很敏感，當(dāng)溶液濃度稍有變換就會(huì)導(dǎo)致氧化鋅納米線陣 列生長密度很大的變換，這樣很難保證氧化鋅納米線陣列生長的可重復(fù)性；二是氧化鋅納 米陣列的生長密度與溶液濃度不存在函數(shù)關(guān)系，當(dāng)工業(yè)應(yīng)用對氧化鋅納米線陣列密度有要 求時(shí)需要大量實(shí)驗(yàn)尋找適合的溶液濃度的數(shù)值。因此有必要尋找能夠控制氧化鋅納米線陣 列生長密度的制備方法，以滿足應(yīng)用需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種氧化鋅納米線陣列的制備方法，該方法能夠在氧化鋅納米線陣列 制備過程中控制氧化鋅納米線陣列的生長密度，從而可以根據(jù)應(yīng)用需要制備出不同生長密 度的氧化鋅納米線陣列。本發(fā)明技術(shù)方案如下—種氧化鋅納米線陣列的制備方法，如圖2所示，包括以下步驟步驟1 在襯底表面沉積一層金屬薄膜。沉積金屬薄膜時(shí)，通過控制薄膜沉積工藝 的工藝條件控制金屬薄膜表面晶粒半徑的大小。步驟2 配制生長溶液。將等摩爾量的硝酸鋅溶和六次甲基四胺溶于水中，控制溶 液濃度在0. 01 0. 05mol · Γ1之間。步驟3 控制生長溶液溫度在60 90°C之間，并將步驟1所得金屬薄膜采用面向 下的方式浮于步驟2所配制的生長溶液表面，靜置2個(gè)小時(shí)以上，在金屬薄膜表面生長出氧 化鋅納米線陣列。步驟4:將表面生長了氧化鋅納米線陣列的金屬膜取出，用去離子水清洗后在室 溫下自然干燥。上述技術(shù)方案中，步驟1在襯底表面沉積的金屬薄膜所采用的金屬材料為常溫下 難以氧化的金屬，以防止金屬氧化可能給氧化鋅納米線陣列帶來的損害；沉積金屬薄膜時(shí)所采用的薄膜沉積工藝應(yīng)便于控制金屬薄膜表面晶粒半徑大小的工藝，如磁控濺射、真空 蒸發(fā)等。本發(fā)明采用水熱法在金屬薄膜表面生長氧化鋅納米線陣列。在金屬薄膜制備過程 中，通過控制金屬薄膜沉積工藝進(jìn)而控制金屬薄膜表面晶粒半徑大??；然后在采用水熱法 于金屬薄膜表面生長氧化鋅納米線陣列過程中，由于金屬薄膜表面晶粒半徑大小的不同使 得氧化鋅納米線陣列生長初期的成核密度不一樣(可以認(rèn)為，氧化鋅納米線成核點(diǎn)位于金 屬表面晶粒之間的晶界處)，最終在不同金屬晶粒半徑的金屬薄膜表面制備出不同生長密 度的氧化鋅納米線陣列。進(jìn)一步推導(dǎo)可以得出氧化鋅納米線的生長密度與金屬薄膜表面晶 粒半徑的倒數(shù)相關(guān)。也就是氧化鋅納米線陣列與金屬薄膜表面晶粒尺寸間的關(guān)系可以寫成 如下式子D = α ΙΓ1，式子中D是氧化鋅納米線陣列的生長密度，R是金屬薄膜表面晶粒半 徑，α是一個(gè)常數(shù)，對應(yīng)了不同的水熱條件的溶液濃度。這個(gè)式子的意義在于，在相同的水 熱條件下，改變金屬薄膜表面晶粒的半徑就可以的到不同生長密度的氧化鋅納米線陣列。 并且當(dāng)某種水熱條件的溶液濃度對應(yīng)的α確定的情況下，如果需要生長某一特定密度的 氧化鋅納米線陣列，可以通過上面的關(guān)系式計(jì)算出需要對應(yīng)的晶粒半徑，只需制備具有那 種晶粒半徑的金薄膜就可以滿足需求。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用常規(guī)水熱合成法在金屬薄膜表面制備出氧化鋅納米線陣列，通過控制 金屬薄膜表面晶粒的大小，可方便地獲得不同生長密度的氧化鋅納米線陣列。與常規(guī)水熱 法利用生長溶液濃度控制氧化鋅納米線陣列生長密度的方法相比，本發(fā)明更易于實(shí)現(xiàn)氧化 鋅納米線陣列生長密度的控制，且無需增加額外的步驟或成本就可以實(shí)現(xiàn)低溫大面積對密 度精度要求較高的氧化鋅納米線陣列的制備。


圖1是現(xiàn)有文獻(xiàn)中采用生長溶液濃度控制氧化鋅納米線生長密度的原理示意圖。圖2是本發(fā)明流程示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例中利用磁控濺射制備的四種不同表面晶粒大小金膜的原子 力顯微鏡照片。圖4是本發(fā)明實(shí)施例中四種不同表面晶粒大小金膜表面生長的氧化鋅納米線陣 列的掃描電子顯微鏡照片。圖5是本發(fā)明制備氧化鋅納米線陣列中，三種不同生長溶液濃度下氧化鋅納米線 生長密度與金膜表面晶粒尺寸的函數(shù)關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1利用磁控濺射工藝在硅襯底上沉積四種不同表面晶粒的金膜，濺射工藝條件為 氬氣氛lpa，功率32W，濺射時(shí)間分別為5分鐘、10分鐘、15分鐘和20分鐘，所得四種不同表 面晶粒的金膜的原子力顯微鏡照片如圖3(a)、(b)、(c)、(d)所示。將四種金膜采用面向下 的方式浮于所配制的生長溶液中生長，生長溶液為等摩爾量的硝酸鋅和六次甲基四胺所配
4制，其濃度為0. 05mol · L—1，控制生長溶液溫度為75度，生長時(shí)間為M小時(shí)。生長出的氧 化鋅納米線陣列如圖4(a)、(b)、(c)、(d)所示。在此種條件下生長出的氧化鋅納米線陣列 的生長密度與晶粒半徑關(guān)系如圖5(a)所示。實(shí)施例2利用磁控濺射工藝在硅襯底上沉積四種不同表面晶粒的金膜，濺射工藝條件為 氬氣氛lpa，功率32W，濺射時(shí)間分別為5分鐘、10分鐘、15分鐘和20分鐘，所得四種不同表 面晶粒的金膜的原子力顯微鏡照片如圖3(a)、(b)、(c)、(d)所示。將四種金膜采用面向下 的方式浮于所配制的生長溶液中生長，生長溶液為等摩爾量的硝酸鋅和六次甲基四胺所配 制，其濃度為0.02mol，廠1，控制生長溶液溫度為75度，生長時(shí)間為對小時(shí)。在此種條件 下生長出的氧化鋅納米線陣列的生長密度與晶粒半徑關(guān)系如圖5(b)所示。實(shí)施例3利用磁控濺射工藝在硅襯底上沉積四種不同表面晶粒的金膜，濺射工藝條件為 氬氣氛lpa，功率32W，濺射時(shí)間分別為5分鐘、10分鐘、15分鐘和20分鐘，所得四種不同表 面晶粒的金膜的原子力顯微鏡照片如圖3(a)、(b)、(c)、(d)所示。將四種金膜采用面向下 的方式浮于所配制的生長溶液中生長，生長溶液為等摩爾量的硝酸鋅和六次甲基四胺所配 制，其濃度為0. Olmol，廠1，控制生長溶液溫度為75度，生長時(shí)間為M小時(shí)。在此種條件 下生長出的氧化鋅納米線陣列的生長密度與晶粒半徑關(guān)系如圖5(c)所示。由圖5可以看出，氧化鋅納米線陣列的生長密度與金膜表面晶粒半徑具有較好的 線性關(guān)系，且氧化鋅納米線陣列的生長密度對金膜表面晶粒半徑不太敏感，通過控制金膜 表面晶粒半徑可對氧化鋅納米線陣列的生長密度進(jìn)行更好的控制。
權(quán)利要求
1 一種氧化鋅納米線陣列的制備方法，包括以下步驟步驟1 在襯底表面沉積一層金屬薄膜；沉積金屬薄膜時(shí)，通過控制薄膜沉積工藝的工 藝條件控制金屬薄膜表面晶粒半徑的大?。徊襟E2 配制生長溶液。將等摩爾量的硝酸鋅溶和六次甲基四胺溶于水中，控制溶液濃 度在0. 01 0. 05mol · Γ1之間；步驟3 控制生長溶液溫度在60 90°C之間，并將步驟1所得金屬薄膜采用面向下的 方式浮于步驟2所配制的生長溶液表面，靜置2個(gè)小時(shí)以上，在金屬薄膜表面生長出氧化鋅 納米線陣列；步驟4:將表面生長了氧化鋅納米線陣列的金屬膜取出，用去離子水清洗后在室溫下 自然干燥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅納米線陣列的制備方法，其特征在于，步驟1在襯底表 面沉積的金屬薄膜所采用的金屬材料為常溫下難以氧化的金屬，以防止金屬氧化可能給氧 化鋅納米線陣列帶來的損害。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鋅納米線陣列的制備方法，其特征在于，步驟1沉積金屬 薄膜時(shí)所采用的薄膜沉積工藝應(yīng)便于控制金屬薄膜表面晶粒半徑大小的工藝。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氧化鋅納米線陣列的制備方法，其特征在于，步驟1沉積金屬 薄膜時(shí)所采用的薄膜沉積工藝為磁控濺射或真空蒸發(fā)。
全文摘要
一種氧化鋅納米線陣列的制備方法，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首先采用薄膜沉積工藝在襯底表面沉積一層表面晶粒半徑可控的金屬薄膜；然后將金屬薄膜采用面向下的方式浮于由等摩爾量的硝酸鋅溶和六次甲基四胺配制的生長溶液表面，在60～90℃的溫度條件下靜置生長氧化鋅納米線陣列。通過控制金屬薄膜表面晶粒的大小，可方便地獲得不同生長密度的氧化鋅納米線陣列。與常規(guī)水熱法利用生長溶液濃度控制氧化鋅納米線陣列生長密度的方法相比，本發(fā)明更易于實(shí)現(xiàn)氧化鋅納米線陣列生長密度的控制，且無需增加額外的步驟或成本就可以實(shí)現(xiàn)低溫大面積對密度精度要求較高的氧化鋅納米線陣列的制備。
文檔編號B82Y40/00GK102092774SQ201010609908
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者劉升華, 南天翔, 曾慧中, 林媛, 梁偉正, 黃文 申請人:電子科技大學(xué)